CN112485326B - 一种利用平面螺旋线圈电容效应的双模式检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用平面线圈电容效应的双模式检测系统，包括双模式检测传感器、X‑Y‑Z三轴扫描台架、阻抗分析仪、阻抗分析仪校准装置和PC机；双模式检测传感器传感器固定在台架的夹具上，通过PC机控制台架对被测工件进行扫描，双模式检测传感器通过BNC线连接到校准装置，校准装置固定于阻抗分析仪上；所述双模式检测传感器包括平面螺旋线圈、外壳和BNC接口，平面螺旋线圈的通过导线连接到BNC接口。本发明的有益效果是：提供了一种同时利用涡流效应和电容效应的检测方式，通过增强平面螺旋线圈的电容效应，可以同时检测金属和非金属的缺陷；无需手动切换接线来转换检测模式，通过增大线宽，根据不同材料设置信号的最佳频率，达到最佳检测效果。
Description
技术领域
本发明属于电磁无损检测领域，尤其涉及一种利用平面螺旋线圈电容效应的双模式检测系统。
背景技术
传统涡流检测技术是利用电磁感应的原理，通过测定被检工件内感生涡流的变化来无损评定导电材料及其工件的某些性能，或发现缺陷的无损检测。工件表面原磁场与涡流伴生的感应磁场叠加，使得检测线圈的复阻抗发生变化。导体内感生涡流的幅值、相位、流动形式及其伴生磁场受导体的物理特性影响，因此通过监测检测线圈的阻抗变化即可非破坏地评价导体的物理和工艺性能，或者检测被检工件的缺陷。
电容成像技术是一种新型无损检测技术，它利用一对电极板中间形成的准静态边缘电场对试块中的缺陷进行检测。电容成像技术由于检测的是被检工件的材料的介电常数的变化，因此在不同性质的材料中都可以应用。
双模式检测传感器的设计检测系统的搭建是双模式检测技术的关键。双模式检测技术是通过采用平面螺旋线圈探头及较高频率激励，线圈电容耦合效应得以增强，结合线圈本身的电感耦合效应，同时实现电容、涡流两种模式的检测。
传统的涡流检测的对象必须是导电材料，无法对非导电材料进行检测，且只适用于检测金属表面缺陷，对于金属的埋深缺陷无法穿透。而利用平面螺旋线圈电容效应和电感效应的双模式检测技术，可以同时检测金属材料与不导电的非金属材料，不需要切换检测系统的接线方式，仅需要改变激励信号的频率即可实现单次检查检出混合结构不同材料的缺陷，避免了传统电磁涡流检测只能检测金属表面的问题。
发明内容
本发明旨在解决上述问题，提出了一种利用平面螺旋线圈电容效应的双模式检测系统，采用阻抗分析仪，对双模式检测探头施加高频激励，利用高频激励使平面螺旋线圈同时产生的涡流效应和电容效应，可识别混合结构的非金属和金属中的缺陷，具有较高的推广应用价值。其采用的技术方案如下：
一种利用平面螺旋线圈电容效应的双模式检测系统，包括双模式检测传感器、X-Y-Z三轴扫描台架、阻抗分析仪、阻抗分析仪校准装置和PC机；双模式检测传感器固定在台架的夹具上随台架移动，通过PC机上LabVIEW软件中的VI程序来控制台架，对被检工件进行线扫描和面扫描，双模式检测传感器通过BNC线连接到校准装置，校准装置连接到阻抗分析仪的BNC接口并通过紧固螺钉固定于阻抗分析仪上。
所述双模式检测传感器包括平面螺旋线圈、外壳和BNC接口，平面螺旋线圈的两个接线端子分别连接到BNC接口的外壳与内芯，所述双模式检测传感器采用平面结构，即平面螺旋线圈，以及较粗的导线宽度来增强电容效应。
所述PC机中预装有在LabVIEW中编写完成的程序，可实现扫描台架运动控制、数据采集与存储等功能，且预装有在MATLAB中编写完成的程序，可实现检测数据分析。
所述阻抗分析仪通过改变激励信号的频率，可以针对不同材料的工件进行检测。
本发明的有益效果：提供了一种同时利用涡流效应和电容效应的检测方式，通过增强双模式检测传感器的电容效应，可以同时检测金属和非金属的缺陷；
无需手动切换接线来转换检测模式，通过平面螺旋线圈增大线宽，根据不同材料设置信号的最佳频率，达到最佳检测效果；
附图说明
图1：本发明整体结构的原理图；
图2：本发明双模式检测传感器主视图；
图3：本发明双模式检测传感器俯视图；
图4：本发明实施例提供的无被检工件时双模式探头及同轴电缆复阻抗各分量的频率特性图；
图5：本发明实施例提供的玻璃钢板-铝板(孔缺陷)混合结构示意图；
图6：本发明实施例提供的检测玻璃钢板-铝板(孔缺陷)混合结构的复阻抗值归一化检测结果图；
图7：本发明实施例提供的碳纤维板-铝板(孔缺陷)混合结构示意图；
图8：本发明实施例提供的检测碳纤维板-铝板(孔缺陷)混合结构的复阻抗值归一化检测结果图。
图1中：X-Y-Z三轴扫描台架1、双模式检测传感器2、校准装置3、阻抗分析仪4、PC机5；图3中外壳2.1、平面螺旋线圈2.2、BNC接口2.3。
具体实施方式
下面结合附图和具体实例对本发明作进一步说明：
一种利用平面螺旋线圈电容效应的双模式检测系统如图1和图7所示，包括X-Y-Z三轴扫描台架1、双模式检测传感器2、校准装置3、阻抗分析仪4、PC机5；
所述双模式检测传感器2如图2和3所示，包括外壳2.1、平面螺旋线圈2.2和BNC接口2.3。
阻抗分析仪4输出扫频的正弦信号，经过校准装置3之后对双模式检测传感器2进行激励，此时双模式检测传感器2静止于X-Y-Z三轴扫描台架1上，阻抗信息随着频率的变化被阻抗分析仪接收，相关扫频数据被记录并在PC机5的MATLAB中分析，如图4所示。该检测系统的双模式检测传感器和被检工件的感抗和容抗相等时，即阻抗的虚部为0时，在该频率下相位为0，阻抗的大小为最大值。该频率为双模式检测传感器检测被检工件时的谐振频率。当阻抗分析仪输出的频率小于如图4所示的谐振频率4.5MHz时，以电感效应为主，超过该频率则以电容效应为主。
将被检工件放到检测系统内部，阻抗分析仪4输出一定频率的正弦信号，经过校准装置3之后对双模式检测传感器2进行激励，且PC机5上LabVIEW控制的X-Y-Z三轴扫描台架1带动双模式检测传感器运动，双模式检测传感器2和被检工件的阻抗信息变化被阻抗分析仪4接收，记录相关数据并在PC机5的MATLAB中分析。玻璃钢板-铝板(孔缺陷)混合结构示意图如图5所示，上层为玻璃钢板下层为铝板，检测得到的复阻抗值归一化检测结果如图6所示。在三个频率1MHz、10MHz、50MHz的激励下，低于谐振频率时只能测出图5中混合结构铝板的右侧的埋深缺陷，图6中1MHz时图线右侧的波峰表征混合结构隐藏的金属圆孔缺陷。当频率逐渐上升大于谐振频率时，电容效应增大，玻璃钢表面左侧缺陷和铝板的右侧埋深缺陷都能被检出，图6中7MHz和10MHz时2条图线右侧的波谷表征混合结构隐藏的金属圆孔缺陷，左侧的波峰表征混合结构表面的玻璃钢圆孔缺陷。碳纤维板-铝板(孔缺陷)混合结构示意图如图7所示，上层为碳纤维板下层为铝板，检测得到的复阻抗值归一化检测结果如图8所示。在2个频率50kHz、15MHz的激励下，低于谐振频率时只能测出图7中混合结构铝板的埋深缺陷，图中50kHz时图线右侧的波峰表征混合结构隐藏的金属圆孔缺陷。当频率逐渐上升大于谐振频率时，电容效应增大，碳纤维表面缺陷被检出，左侧的波谷表征混合结构表面的碳纤维板圆孔缺陷。由此可见该检测系统可有效检出非金属和金属缺陷。
以上所述，仅为本发明的实施例，并非刻意用于限定本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种利用平面线圈电容效应的双模式检测系统，其特征在于：
主要由双模式检测传感器、XY Z三轴扫描台架、阻抗分析仪、阻抗分析仪校准装置和PC机构成；所述双模式检测传感器通过BNC线连接到校准装置，校准装置连接到阻抗分析仪的BNC接口并通过紧固螺钉固定于阻抗分析仪上；
其中，阻抗分析仪输出的激励信号为高频正弦信号，使平面螺旋线圈同时产生的涡流效应和电容效应，从而实现同时检测金属和非金属的缺陷的有益效果；
所述双模式检测传感器包括平面螺旋线圈、导线、外壳和BNC接口，平面螺旋线圈的两个接线端子分别连接到BNC接口的外壳与内芯；
所述双模式检测传感器采用平面结构，即平面螺旋线圈，以及较粗的导线宽度来增强电容效应。
2.根据权利要求1所述的利用平面线圈电容效应的双模式检测系统，其技术方案是：
阻抗分析仪输出一定频率的正弦信号，经过校准装置对双模式检测传感器进行激励，PC机上LabVIEW软件控制的X Y Z三轴扫描台架带动双模式检测传感器运动，由阻抗分析仪进行测量双模式检测传感器和被检工件的阻抗信息变化；通过改变激励信号的频率可以针对不同材料的工件进行检测。
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